Nawierzchnie betonowe w remontach dróg lokalnych

Nawierzchnia z betonu cementowego jest obecnie jedną z lepszych technologii możliwych do wykorzystania przy wzmocnieniu i podniesieniu standardu dróg lokalnych. Dlaczego? Korzyści oraz metody zastosowania betonowych warstw nawierzchniowych przybliża nasz ekspert, Jarosław Rokita, Kierownik Projektów LH Engineering.

Według danych GUS na koniec 2016 roku sieć dróg samorządowych stanowi 95,4 wszystkich dróg publicznych, a drogi powiatowe i gminne to 88,5 całej sieci dróg publicznych. Wynika z tego, że to głównie samorządy odpowiadają za standard dróg w naszym kraju i – jak pokazuje praktyka oraz raporty o stanach dróg w Polsce – mają z tym nie lada kłopot.

Zły stan techniczny dróg lokalnych wynika z konieczności zastosowania sporych nakładów finansowych oraz z samego rodzaju dróg – na koniec 2015 r. drogi gruntowe stanowiły 34,7 wszystkich dróg powiatowych i gminnych. Ważna jest także technologia wykonania nawierzchni. Dziś już wiemy, że stosowane powszechnie nawierzchnie asfaltowe często nie są rozwiązaniem trwałym i ekonomicznym. Co jest alternatywą? W artykule przybliżamy temat nawierzchni z betonu cementowego.

Zalety nawierzchni betonowych na drogach lokalnych

Drogi lokalne z nawierzchnią z betonu cementowego są świetnym rozwiązaniem zarówno dla nowo budowanych dróg, jak i głęboko przebudowywanych odcinków. Nawierzchnie betonowe mogą być zastosowane do remontów, niezależnie od zastosowanych konstrukcji, a także do wzmacniania samych konstrukcji i podnoszenia standardów technicznych, na przykład przy zmianie drogi gruntowej w drogę o nawierzchni twardej.

Zalety nawierzchni betonowych:

• wysoka trwałość
• brak zjawiska koleinowania
• jasny kolor (sprzyja większemu bezpieczeństwu)
• niskie koszty utrzymania
• możliwość recyklingu

Standardowo trwałość nawierzchni betonowych określa się jako od 2,5 do 3,5 razy większą od nawierzchni asfaltowych. Można ten parametr odpowiednio zwiększyć poprzez zastosowanie nowych technologii betonu wysokowytrzymałościowego. Co więcej, dzięki specyficzne właściwości betonu cementowego w przypadku nawierzchni betonowych praktycznie nie występuje zjawisko koleinowania.

Nie bez znaczenia przy nawierzchni jest jej kolor. Jasne i dobrze widoczne nawierzchnie betonowe zwiększają bezpieczeństwo użytkowników dróg, zwłaszcza w złych warunkach atmosferycznych. Warto tu przywołać niemieckie badania, które wykazały, że wskaźnik wypadków na autostradach betonowych jest nawet o ok. 32 niższy od wskaźnika nawierzchni asfaltowych (za: DrogiBetonowe.pl).

Remont drogi lokalnej z wykorzystaniem warstwy betonowej

Zagadnienie technologii remontów i przebudów dróg lokalnych z uwzględnieniem betonowych warstw nawierzchniowych jest dosyć złożone, jednak możemy wyróżnić trzy podstawowe rozwiązania:

• zastosowanie warstwy z betonu cementowego na istniejącej drodze o nawierzchni bitumicznej (whitetopping)
• warstwa z betonu cementowego na istniejącej drodze o nawierzchni sztywnej
• wzmocnienie drogi gruntowej poprzez wykonanie warstwy z betonu cementowego

Omawiam je pokrótce poniżej.

Whitetopping, czyli jasne na górze

Stare, wyeksploatowane drogi lokalne o nawierzchni bitumicznej nie tylko nie spełniają współczesnych norm, ale też naruszają poważnie zasady bezpieczeństwa drogowego. Wobec tego, że Polska już niedługo będzie musiała dostosować swoją infrastrukturę do standardowego obciążenia 115 kN/oś obowiązującego w Unii Europejskiej, samorządowcy muszą sięgnąć po konkretne rozwiązania i zapomnieć o wykonywaniu kolejnych i budżetożernych nakładek asfaltowych.

Jeżeli nie ma przeciwwskazań co do podniesienia niwelety istniejącej drogi, można wykonać warstwę z betonu cementowego na istniejącej nawierzchni bitumicznej – nazywamy to whitetoppingiem. Zdegradowana nawierzchnia bitumiczna może okazać się świetną podbudową pod warstwę z betonu, nawet jeśli sama nie jest w stanie zapewnić przenoszenia obciążeń od ruchu. Czasem jednak może wymagać usunięcia nierówności i nadania odpowiedniego profilu – najczęściej wystarczy proste frezowanie korekcyjne.

Co istotne, nie musimy wykonywać warstwy poślizgowej pod płytą betonową, ponieważ sama warstwa bitumiczna może pełnić taką funkcję. Dzięki korzystnemu układowi naprężeń w konstrukcji sztywnej z betonu cementowego obciążenie rozkładane jest na większą powierzchnię, niż jest to w przypadku nakładki asfaltowej.

Beton na beton

W ostatniej dekadzie nawierzchnie betonowe nie były jeszcze zbyt popularne, mimo to możemy spotkać drogi lokalne z takim rozwiązaniem. Są to nawierzchnie wykonywane monolitycznie oraz prefabrykowane, czyli z płyt betonowych, na których również możemy zastosować nawierzchnię z betonu cementowego, wymaga to tylko odpowiedniego podejścia.

Najczęściej spotykanymi defektami starych nawierzchni są przemieszczenia na krawędziach płyt, tzw. klawiszowanie płyt, oraz pęknięcia płyt. Przed wykonaniem innych nawierzchni na sklawiszowanych płytach należy je ustabilizować, a nową warstwę z betonu cementowego należy odseparować od istniejącej konstrukcji sztywnej. Wynika to z tego, że nadmierne tarcie powstałe na styku płyt nowej i starej wiązałoby się z dodatkowym naprężeniem, co ograniczyłoby trwałość nawierzchni.

Ważnym zabiegiem przy tym rozwiązaniu jest rozprężanie istniejącej nawierzchni sztywnej – możemy to zrobić poprzez zastosowanie warstwy pośredniej z warstwy niezwiązanej, tj. kruszywa stabilizowanego mechanicznie. Zabieg ten ma zabezpieczyć nową nawierzchnię przed oddziaływaniem na nią podbudowy ze starych płyt betonowych. Ponadto dodatkowa warstwa ułatwia nadanie odpowiedniego profilu nawierzchni. Niestety zastosowanie warstwy pośredniej ma wadę, tj. podnosi niweletę drogi, na szczęście w większości przypadków dróg lokalnych jest to nawet pożądane.

Jeżeli jednak opcja podniesienia niwelety nie jest możliwa, możemy zastosować tzw. rubblizing, czyli rozbicie istniejącej nawierzchni betonowej za pomocą maszyn jak na przykład wielogłowicowych łamaczy do nawierzchni (Multi-Head Braker – MHB).

Wzmocnienie drogi gruntowej

Drogi gruntowe cechują się niską nośnością i znacznymi nierównościami. Ponadto ich użytkowanie generuje nieprzyjemny hałas i sporo kurzu, nie wspominając o problemach z zimowych utrzymaniem. Z tych względów nie są ani komfortowe, ani bezpieczne. Niestety przebudowa lokalnej drogi gruntowej na drogę o nawierzchni twardej nie jest sprawą łatwą, głównie ze względów ekonomicznych. Nie oznacza to jednak, że jest to niemożliwe.

Pierwszym krokiem przy wzmacnianiu dróg gruntowych jest stabilizacja środkami chemicznymi lub spoiwami hydraulicznymi, tj. cementem, popiołem lotnym, granulowanym żużlem wielkopiecowym czy hydraulicznym spoiwem drogowym. Dzięki stabilizacji w dość prosty i tani sposób doprowadzamy drogę gruntową do wysokiej nośności, która wprawdzie wiąże się z wysoką sztywnością warstwy, ale w przypadku nawierzchni z betonu cementowego nie generuje to większych problemów związanych np. z wysokim ryzykiem powstania spękań. Musimy tylko pamiętać o wykonaniu pośredniej warstwy poślizgowej z geowłókniny, cienkiej warstwy asfaltowej lub o skropieniu emulsją asfaltową. 

Przy tym rozwiązaniu konieczne jest precyzyjne wykonanie szczelin dylatacyjnych, które eliminują ryzyko przenoszenia się spękań ze sztywnej warstwy podbudowy na warstwę nawierzchniową.

Nawierzchnia z betonu cementowego odpowiednio zabezpieczona warstwami pośrednimi jest mało wrażliwa na wysoką sztywność podbudowy, co można wykorzystać do optymalizacji konstrukcji nawierzchni. Płyta betonowa ułożona na podbudowie o wysokiej sztywności charakteryzuje się niższym odkształceniem od obciążenia ruchem, a tym samym niższymi naprężeniami w konstrukcji. W ten sposób możemy odchudzić konstrukcję warstwy z betonu cementowego, redukując koszty całej przebudowy.

Podsumowanie

Dzięki dostępności wysokiej jakości surowców, jak cementy i kruszywa Holcim (dawniej Lafarge), prosta technologia, jaką jest nawierzchnia z betonu cementowego, może być zastosowana niemal wszędzie. Kluczem do osiągnięcia wysokiej trwałości i efektywności ekonomicznej jest poprawny dobór rozwiązań technologicznych, a także prawidłowy projekt konstrukcji. Wykonanie remontu powinno odbywać się we współpracy z wykwalifikowanym projektantem ds. konstrukcji nawierzchni – tylko wtedy inwestycja może okazać się trwałym i optymalnym rozwiązaniem, a także ekonomiczną alternatywą dla znacznie popularniejszej technologii asfaltowej.